围绕CDIO人才培养模式的基因工程课程教学改革

李健 韩增胜 栗坤

摘要：基因工程是一门理论和实验并重的专业基础课，必须适应当今教育要求，重点培养学生综合素质和能力。CDIO工程教育模式利用教育理念及方法系统指导工程训练模式。本文从教学整体设计思路、教学方法和手段、教学过程和课程考核等方面，突出对学生基因工程課程理论与实践结合能力及工程能力的培养，旨在不断增强学生学习的主导型，从而全面提高学生综合素质。

关键词：基因工程；CDIO；理论与实践；工程能力

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2019）14-0143-02

基因工程是生物科学的前沿。它的发展促进了以它为中心的生物工程技术的发展，并促进了生命科学的发展。因为基因工程是从分子水平理解和操作复杂的生命现象，所以它内容丰富，理论强，实验操作水平高。因此，本课程的质量将直接影响生物工程专业学生的专业素质和创新能力。

CDIO工程教育模式是近年来国际工程教育改革的最新成果。CDIO代表构思（Conceive）、设计（Design）、实现（Implement）和运作（Operate），它以产品开发的生命周期到产品运行的生命周期为载体，让学生在课程之间以积极、实用和有机联系的方式学习工程。CDIO培训大纲将工程专业毕业生的能力分为四个层次：工程基础知识、个人能力、人际团队能力和工程系统能力。

一、整体教学设计的理念

1.优化教学内容，构建“一线两基”理论体系，培养学生的基础知识和能力水平。在组织教学内容和课程总体规划时，我们应该注意课程的科学、先进、系统、有条不紊和工程特点，努力反映国内外的研究趋势和成果，注意经典与现代、理论与工程实践的关系。因此，我们建立了基于“一条线”、基因工程原理基础知识和基因工程应用基础知识的“两个基础”理论教学体系，旨在培养生物工程专业学生的工程基础知识和个人能力。

2.加强实践能力培养，构建“三层次”实践教学体系，对本专业学生实验设计能力、人际团队能力和工程系统能力三个层面进行培养。培养学生的工程素质和综合素质已经成为当前工科院校发展趋势。实践能力是一种综合能力，它必须在通常的教学实践中有计划、有步骤地进行。为此，本课程构建了基础实验—三级项目实验—讨论分析辩论相结合的“三层次”实践教学体系。在学习理论课基础知识的基础上，开设实验课环节加深对课堂理论课的理解并予以验证；在掌握基础基因工程理论和基本实验技能操作的基础上，提出“××重组质粒载体构建在原核细胞中的表达与表达产物鉴定”及“××真核表达载体的构建与表达产物鉴定”等三级项目题目，学生分小组讨论三级实验方案，撰写实验计划和实验大纲，并按照实验计划开展三级项目；最后，通过PPT展示实验结果，提出三级项目所遇问题和解决方案，深入巩固了对理论体系和实验操作体系的理解和认识，形成一个以学生为主体，教师为主导的学习良性反馈。在此过程中，学生的实验设计思维能力、人际团队能力以及工程系统能力三个层次得到系统训练。

二、教学方法与手段

在教学过程中，为了提高教学效果，该课程改进了教学方法，构建了“四结合”教学模式。本课程实施“四结合”教学模式，将传统的板书教学与多媒体教学相结合，教师传授知识与学生自主学习、讨论、基础理论知识相结合，与学科前沿知识、基因工程理论教学和实践教学相结合，特别是基于基因工程技术路线的普通学生课程。主题形式的课堂小组讨论和辩论教学增强了学生学习的主动性和兴趣，大大提高了学生独立学习和自我思考的能力，加强了学生综合素质的培养。

1.研究风格与启发式教学。本课程的教学充分利用了科学研究资源和网络资源，展示了参与基因工程研究的照片、图谱、操作流程动态视频和普通生物信息数据库网站。增加学生的感性认识、加深对基础知识的理解；将科学研究中遇到的问题引入课堂，引导学生思考和讨论，开展启发式教学；将基因工程领域的科研成果和重大事件引入课堂或课外作业中，引导学生探究和设计解决方案，并在课后进行研究性教学。

2.讨论和辩论教学。讨论和辩论教学可以极大地调动学生学习的主动性、自主性和创造性，使学生成为学习的主体。课本最后两章，基因工程的应用、基因工程技术的安全控制与管理对于学生来说是非常重要的内容。如基因工程的安全性问题并非一个有唯一答案的问题，如果采用传统的课堂讲授方式，教师很容易受主观意见的支配，学生得到的信息很可能是片面的。因此，我们采用讨论式和辩论式教学方式来讲授。内容主要涉及：基因工程的应用，基因工程技术及基因工程产品安全性的利与弊，基因工程技术的安全控制及管理。学生分为若干个小组，每个小组4-5人，利用课下整理、收集相关资料，撰写相关报告，最后每组集中进行PPT展示和讲解，其他组同学则可针对相关内容进行讨论和辩论。学生在课下查阅大量最新的文献，并到市场进行了转基因食品的认可度相关调查，因此避免了课堂讲授可能造成的片面性和知识的陈旧性，在整个学习过程中学生积极主动，基础知识、个人能力、人际团队能力和工程系统能力四个层次也得到培养。

（1）课堂总结式教学。在每节课的开始，会利用3-5分钟对上一节课主要内容简单进行总结；课程结束时，每个学生被要求在A4纸上写一份基因工程课程的总结。要求根据自己的思维和逻辑编写课程的关键内容，以便学生全面系统地理解课程的主要内容和主线，从而易于理解课程的关键内容和知识点，这不仅有助于复习和重新学习。同时，它也培养了学生的总结能力和逻辑思维能力。

（2）提问和指导教学。以课堂提问为主，以引起学生的注意，进一步调动学生的主动性，活跃课堂气氛。在教学结束后，作为一个问题提出下一个教学内容的2-3个要点，让2-3个学生提前查阅、准备，下次授课时由他们首先针对性地讲解3-5分钟，这种提问教学方法允许学生主动预习新知识，变被动学习为主动学习，提高学生分析问题、总结问题的能力，使学生在工程基础知识、个人能力层面得到有力锻炼。

三、教学过程

本课程将传统的以教师讲授为主体、学生被动听课的教学模式转变为以学生为主导、教师为引导和辅助的教学模式，从而使学生积极主动参与教学，得到生动活泼、创造性的发展。整个教学过程如图1所示：

四、课程考核

该课程采取新的课程考核评价体系，避开传统的一卷定成绩的片面、主观的评价机制，将基本实验操作、三级项目实验设计及实施、讨论课及项目展示以及基本知识内容均纳入到课程考核范畴，不仅能客观、全面地反映学生对本课程的理解和掌握情况，也对学生工程基础知识、个人能力、人际团队能力和工程系统能力四个层次进行了系统评价。

利用CDIO工程教育的理念，对生物工程专业的学生进行基因工程相关课程的教学，并结合实际项目，学生可以从基本操作和设计思维以及专业知识的实际应用中全面熟练地掌握基因工程，从而摆脱片面强调理论的误区。同时，CDIO教学理念的四个环节使整个教学工作的各个部分更加紧密地联系在一起。

参考文献：

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[2]张俊友，李思贤，王树凤.CDIO理念下交通工程专业软件课程中的应用——以TransCAD软件的交通需求预测项目为例[J].教育教学论坛，2018，（30），73-74.

[3]韩增胜，刘静，李健，栗坤，张雯.CDIO工程理念下《基因与健康》通识教育模式初探[J].教育教学论坛，2015，4（17）：113-114.